基于边缘计算的生产方法、边缘计算设备、工站及系统与流程

1.本公开的实施例涉及智能制造技术领域，更具体地，涉及基于边缘计算的生产方法、边缘计算设备、生产线的工站以及基于边缘计算的生产系统。


背景技术：

2.在传统生产线中，根据生产需求设置工站和产线节拍，这种产线布置方式存在工位离散化和固化的问题，从而导致生产过程难以调整不够灵活。


技术实现要素：

3.本公开的实施例的一个目的是提供基于边缘计算的生产方法、边缘计算设备、生产线的工站以及基于边缘计算的生产系统，以提升产线的灵活性。
4.根据本公开第一方面，提供了一种基于边缘计算的生产方法，由边缘计算设备实施，所述方法包括：
5.从生产线的工站收集生产数据，从所述工站收集的生产数据至少包括所述工站的传感数据、图像数据和生产执行机器运行数据中的至少一个；
6.将从所述工站收集的生产数据输入至第一分析模型进行分析，根据分析结果对所述生产线的生产过程进行调节。
7.可选地，所述方法还包括：从制造执行系统收集生产数据，从所述制造执行系统收集的生产数据至少包括生产目标数据和剩余物料数据；
8.将从所述工站收集的生产数据和从所述制造执行系统收集的生产数据输入至第二分析模型进行分析，根据分析结果对所述生产线的生产节拍进行调节。
9.可选地，所述工站包括显示装置，所述方法还包括：
10.控制所述工站的显示装置显示所述工站的生产数据和所述生产目标数据。
11.可选地，所述方法还包括：
12.接收客户端设备的远程登录请求，向所述客户端设备反馈收集到的生产数据和分析结果。
13.可选地，所述方法还包括：
14.与云服务器进行通信，以备份收集到的生产数据和分析结果，以及根据所述云服务器下发的升级指令对所述边缘计算设备的软件系统进行升级。
15.可选地，所述从生产线的工站收集生产数据，包括：
16.通过与安装在所述工站的控制装置中的代理端固件进行通信，从所述工站收集生产数据。
17.根据本公开第二方面，提供了一种边缘计算设备，包括通信装置、处理器和存储器；
18.所述通信装置，用于和生产线的工站进行通信；
19.所述存储器中存储有计算机指令，所述计算机指令被所述处理器执行时，实现本
公开第一方面提供的生产方法。
20.可选地，所述边缘计算设备基于树莓派平台实现。
21.根据本公开第三方面，提供了一种生产线的工站，包括生产执行机器、传感器、工业相机、通信装置以及控制装置；
22.所述控制装置安装有与边缘计算设备对应的代理端固件。
23.根据本公开第四方面，提供了一种基于边缘计算的生产系统，包括：根据本公开第二方面提供的边缘计算设备，以及根据本公开第三方面提供的生产线的工站。
24.本公开实施例提供的生产方法，可以从生产线的工站收集生产数据并进行分析，根据分析结果对所述生产线的生产过程进行调节，从而提升了生产线的灵活性。
25.通过以下参照附图对本说明书的示例性实施例的详细描述，本说明书的实施例的特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
26.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本说明书的实施例，并且连同其说明一起用于解释本说明书实施例的原理。
27.图1示出了本公开的实施例的生产系统的示意图；
28.图2示出了本公开的实施例的边缘计算设备的示意图；
29.图3示出了本公开的实施例的工站的示意图；
30.图4示出了本公开的实施例的基于边缘计算的生产方法的流程图。
具体实施方式
31.现在将参照附图来详细描述本说明书的各种示例性实施例。
32.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本说明书实施例及其应用或使用的任何限制。
33.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
34.图1为可以应用根据本公开的一个实施例的生产系统的组成结构示意图。
35.如图1所示，本实施例的生产系统100包括mes系统、边缘计算设备、生产线的每一工站以及客户端设备。
36.mes系统的英文全称是manufacturing execution system，中文名称是制造执行系统。mes系统通常可以用于帮助企业实现生产计划管理、生产过程控制、产品质量管理、车间库存管理、项目看板管理等，提高企业制造执行能力。
37.在该实施例中，生产线包括n个工站，每一工站都可以和边缘计算设备通信。参见图3所示，工站包括控制装置、生产执行机器、传感器、工业相机和显示器。
38.生产执行器可以包括夹具、刀具等直接进行生产加工的机器。例如，生产执行器包括多自由度的机械臂。
39.传感器可以包括温度传感器、光学传感器、测距传感器等。
40.控制装置可以控制生产执行机器、传感器、工业相机和显示器的工作，以及分别从生产执行机器、传感器、工业相机获取数据。例如，从生产执行机器获取生产执行机器的运
行数据，从传感器获取传感数据，从工业相机获取工站的图像数据，工站的图像数据例如可以是处于该工站上的产品的图像数据。控制装置中安装有与边缘计算设备对应的代理端固件，以执行边缘计算设备的指令。具体来说，边缘计算设备通过与控制装置的代理端固件的交互，实现对该工站的控制。该代理端固件封住通信接口，以分别和生产执行机器、传感器、工业相机和显示器进行通信，以实时操控这些装置。
41.边缘计算是指在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供最近端服务，其应用程序在边缘侧发起，产生更快的网络服务响应，满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。
42.在本公开的一个实施例中，边缘计算设备可以设置在生产线侧。参见图2所示，边缘计算设备可以包括处理器1100、存储器1200、接口装置1300、通信装置1400、显示装置1500、输入装置1600。处理器1100可以包括但不限于中央处理器cpu、微处理器mcu等。存储器1200例如包括rom(只读存储器)、ram(随机存取存储器)、诸如硬盘的非易失性存储器等。接口装置1300例如包括各种总线接口，例如串行总线接口(包括usb接口)、并行总线接口等。通信装置1400例如能够进行有线或无线通信。显示装置1500例如是液晶显示屏、led显示屏、触摸显示屏等。输入装置1600例如可以包括触摸屏、键盘、鼠标等。
43.该边缘计算设备包括视觉检测分析系统。该边缘计算设备1000例如可以是基于树莓派平台的具有学习分析能力的设备。
44.本实施例中，边缘计算设备1000的存储器1200用于存储指令，该指令用于控制处理器1100进行操作以实施或者支持实施根据任意实施例的基于边缘计算的生产方法。技术人员可以根据本说明书所公开方案设计指令。指令如何控制处理器进行操作，这是本领域公知，故在此不再详细描述。
45.图2所示的硬件配置仅是解释性的，并且决不是为了要限制本公开、其应用或用途。
46.客户端设备例如是台式计算机、平板电脑、手机等安装了客户端的电子设备。该客户端设备用于通过其安装的客户端登录边缘计算设备，对边缘计算设备进行管理控制工作，以及从边缘计算设备获取生产数据和分析结果显示给用户。在本公开的一个实施例中，客户端设备包括处理器、存储器、接口装置、通信装置、显示装置、输入装置。处理器可以包括但不限于中央处理器cpu、微处理器mcu等。存储器例如包括rom(只读存储器)、ram(随机存取存储器)、诸如硬盘的非易失性存储器等。接口装置例如包括各种总线接口，例如串行总线接口(包括usb接口)、并行总线接口等。通信装置例如能够进行有线或无线通信。显示装置例如是液晶显示屏、led显示屏、触摸显示屏等。输入装置例如可以包括触摸屏、键盘、鼠标等。
47.参见图4所示，本公开实施例提供的基于边缘计算的生产方法，由边缘计算设备实施，包括以下步骤：
48.s102、从生产线的工站收集生产数据，从工站收集的生产数据至少包括工站的传感数据、图像数据和生产执行机器运行数据中的至少一个。
49.传感数据可以是通过设置在工站的传感器获取的数据。传感数据至少可以包括生产执行机器所处环境的温度数据、生产执行机器所处环境的空气湿度数据。传感数据还可以包括处于该工站上的产品的性能数据。
50.图像数据可以是通过设置在工站的工业相机获取的数据。图像数据至少可以包括工站的图像数据，工站的图像数据例如可以是处于该工站上的产品的图像数据。
51.生产执行机器运行数据至少包括状态数据。所述状态数据是布尔数据，例如，当状态数据为“0”时，表明生产执行机器为正常状态，当状态数据为“1”时，表明生产执行机器为故障状态。
52.生产执行机器运行数据还可以包括生产执行机器的温度数据、生产执行机器的电力消耗数据、生产执行机器的运行时间。
53.s104、将从工站收集的生产数据输入至第一分析模型进行分析，根据分析结果对生产线的生产过程进行调节。
54.也就是说，边缘计算设备中设有算法模型，能够实时处理从工站收集的生产数据，对生产线的生产过程进行调节。
55.在具体实施时，第一分析模型包括表面缺陷分析子模型和性能分析子模型。将工站收集的处于该工站上的产品的图像数据输入表面缺陷分析子模型进行分析预测，以检测处于该工站的产品是否存在表面缺陷，即检测处于该工站的产品是否存在裂痕、凹陷、异物等缺陷，并得到表面缺陷分析结果。将工站收集的处于该工站上的产品的传感数据输入性能分析子模型进行分析预测，以检测处于该工站的产品是否存在性能缺陷，并得到性能分析结果。根据得到的表面缺陷分析结果和性能分析结果对生产线的生产过程进行调节。根据本公开实施例，可以实时从每个工站收集生产数据，从而实时根据收集到的生产数据对生产线的生产过程进行调节，从而实现对生产过程的控制，从而解决现有产线的生产工序离散的问题。
56.在一个实施例中，所述方法还包括步骤s202和s204。
57.s202、从制造执行系统收集生产数据，从制造执行系统收集的生产数据至少包括生产目标数据和剩余物料数据。
58.s204、将从工站收集的生产数据和从制造执行系统收集的生产数据输入至第二分析模型进行分析，根据分析结果对生产线的生产节拍进行调节。
59.也就是说，边缘计算设备中设有算法模型，能够实时处理从工站收集的生产数据和mes系统的生产数据，来调整工艺工序节拍。
60.例如，将从工站收集的生产执行机器的温度数据、生产执行机器的电力消耗数据、生产执行机器所处环境的温度数据、生产执行机器所处环境的空气湿度数据和从制造执行系统收集的生产目标数据和剩余物料数据输入至第二分析模型进行分析，根据分析结果对生产线的生产节拍进行调节，以在未完成生产目标数据时，加快生产节拍，避免无法按时完成生产认为，而在生产执行机器的温度过高或者运行时间过长时，减慢生产节拍，从而可以避免生产执行机器由于超负荷工作而出现故障。
61.本公开实施例提供的生产方法，可以基于边缘计算实现生产线的节拍自调整能力，解决当前产线节拍投产后便固定、生产瓶颈导致的在制品浪费的问题。
62.在一个实施例中，工站包括显示装置，所述方法还包括：控制工站的显示装置显示工站的生产数据和生产目标数据。
63.在该实施例中，将生产目标数据实时投放在工站的显示装置，还可以定制化显示生产线的关键绩效指标(kpi：key performance indicator)。
64.在该实施例中，在生产执行机器故障时，还可以控制显示装置显示故障信息以进行告警。在生产执行机器的温度超过温度阈值时，还可以控制显示装置显示预警信息以进行提醒。在生产执行机器的运行时间超过时间阈值时，还可以控制显示装置显示预警信息以进行提醒。以及，在生产执行机器所处环境的温度不符合预设条件或/和生产执行机器所处环境的空气湿度不符合预设条件时，可以控制显示装置显示预警信息以进行提醒。此外，在剩余物料数据不足时，可以控制显示装置显示预警信息以进行提醒补充物料。
65.在一个实施例中，边缘计算设备支持本地局域网登录和广域网云端登录。例如，边缘计算设备支持局域网的用户登录，用户在登录后可以进行设备管理、权限管理等操作。
66.在一个实施例中，所述方法还包括：接收客户端设备的远程登录请求，向客户端设备反馈收集到的生产数据和分析结果。
67.在该实施例中，用户可以通过该客户端设备登录边缘计算设备，对边缘计算设备进行管理控制工作，以及从边缘计算设备获取生产数据和分析结果显示给用户。
68.该客户端可以web端，也可以是专用的应用app(application)。该客户端设备可以是固定设备也可以移动终端。
69.在一个实施例中，所述方法还包括：与云服务器进行通信，以备份收集到的生产数据和分析结果，以及根据云服务器下发的升级指令对边缘计算设备的软件系统进行升级。
70.在该实施例中，连通边缘计算设备与云服务器，以支撑外网和移动端操控、查看产线运行。利用云服务器可以融合其他工业互联网云端技术或信息流、物流接口，支撑数据、报表、分析结果在云端的共享功能。
71.在一个实施例中，从生产线的工站收集生产数据，包括：通过与安装在工站的控制装置中的代理端固件进行通信，从工站收集生产数据。
72.在一个实施例中，边缘计算设备设置在生产线侧。
73.本公开实施例提供的生产方法，基于边缘计算实现，面向工站各底层设备采集数据，通过结合mes系统生产信息及边缘计算层自学习算法模型，合理操控工站的底层设备，以形成更深入的反馈链路，达到提高产能、改良质控、提高产线智能化、自动化程度的效果。
74.本公开实施例提供的生产方法，基于边缘计算实现，可以做到实时数据收集、分析，实时投屏显示并辅助决策、预警，可以解决原有数据分析需人工录入、离线分析、反馈延迟大的问题。
75.本公开实施例提供的生产方法，基于边缘计算实现，具备mes系统所不具备的对所有数据的实时收集、计算及对设备的实时操控能力。
76.本公开实施例提供的生产方法，基于边缘计算实现，能够获取更多的生产细节数据，处理分析后对产品多维度品质控制有积极意义。
77.本公开实施例提供的生产方法，基于边缘计算实现，通过边缘计算承载的用户管理和设备控制中心能力，可以远程在线操控、调整设备，产线柔性度更高。
78.本公开的实施例还提供了一种边缘计算设备，包括通信装置、处理器和存储器；
79.所述通信装置，用于和生产线的工站进行通信；
80.所述存储器中存储有计算机指令，所述计算机指令被所述处理器执行时，实现前述任一实施例公开的基于边缘计算的生产方法。
81.在一个例子中，所述边缘计算设备基于树莓派平台实现。
82.在一个例子中，边缘计算设备可以采用服务器实现，一个服务器可承载多条产线的边缘计算功能，即一台服务器作为多条生产线的边缘计算设备，这种方式硬件聚合度更高，数据收集和分析更趋向于归一化。
83.本公开的实施例还提供了一种生产线的工站，包括生产执行机器、传感器、工业相机、通信装置以及控制装置。所述通信装置用于和边缘计算设备进行通信。所述控制装置安装有与边缘计算设备对应的代理端固件。
84.本公开的实施例还提供了一种基于边缘计算的生产系统，包括前述的边缘计算设备和前述的工站。在一个例子中，所述生产系统还包括制造执行系统。
85.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
86.上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
87.本说明书的实施例可以是设备、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本说明书实施例的各个方面的计算机可读程序指令。
88.计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式压缩盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能盘(dvd)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
89.这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
90.用于执行本说明书的实施例操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(isa)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，编程语言包括面向对象的编程语言—诸如
smalltalk、c 等，以及常规的过程式编程语言—诸如“c”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga)或可编程逻辑阵列(pla)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本说明书实施例的各个方面。
91.这里参照根据本说明书实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本说明书实施例的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
92.这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
93.也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
94.附图中的流程图和框图显示了根据本说明书的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。对于本领域技术人员来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的。
95.以上已经描述了本说明书的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。